JP2004522679A

JP2004522679A - Method of manufacturing optical fiber preform and deposition burner

Info

Publication number: JP2004522679A
Application number: JP2002551481A
Authority: JP
Inventors: ロバ，ジャコモ・ステファノ; ヌティニ，マッシモ
Original assignee: ピレリ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2001-11-30
Publication date: 2004-07-29
Also published as: AU2002220743A1; BR0116291A; WO2002049976A1

Abstract

【課題】
【解決手段】目標の予成形体に強く衝突するガラス粒子の流れの断面形状を改変することにより、光学予成形体を製造するとき、多孔質ガラス堆積物の堆積量を増す方法及びバーナである。特に、ガラス粒子の上記流れの寸法を円形の断面から上記目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けて長軸及び短軸を有する断面まで増大させることにより、上記ガラス粒子の流れの断面が改変される。
【選択図】図１【Task】
Kind Code: A1 A method and a burner for increasing the deposition amount of a porous glass deposit when manufacturing an optical preform by modifying a cross-sectional shape of a flow of glass particles which strongly collide with a target preform. . In particular, by increasing the size of the flow of glass particles from a circular cross section to a cross section having a major axis and a minor axis in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform, the glass particles The flow cross section is modified.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【発明の分野】
【０００１】
本発明は、光ガラスファイバを製造するために使用される光ファイバ予成形体を製造する方法に関する。特に、本発明は、ガラス粒子が目標の予成形体に強く衝突する前に、ガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより過程の堆積量を増大させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信用のガラスファイバは、色々なガラス堆積技術に従って製造された、ガラス予成形体から引抜いた高純度のケイ素系ガラスファイバにて製造される。
べーパアキュシャル堆積法（ＶＡＤ）及び外側べーパ堆積法（ＯＶＤ）を含む、これら堆積技術の幾つかは、炎燃焼に基づくものであり、ここで、反応剤（すなわち、ガラスの屈折率を適宜に修正する、ＧｅＣｌ_４のような、ドーパント材料と選択的に共に、ＳｉＣｌ_４のようなケイ素前駆体）は燃焼気体と共に、堆積バーナを通じて供給され、該バーナは、形成する微細なガラス粒子の高温度の流れを回転する目標の成長する予形成体に向ける。
【０００３】
ＶＡＤ堆積技術において、予成形体は軸方向に成長する。このため、堆積バーナは、典型的に、ほぼ固定位置に維持される一方、回転する予成形体はバーナに対して上方（又は下方）にゆっくりと動かし、予成形体を軸方向に成長させる。これと代替的に、回転する予成形体はほぼ一定の位置に維持する一方、堆積バーナは、予成形体に対して下方（又は上方）にゆっくりと移動させてもよい。
【０００４】
ＶＡＤ技術と相違して、ＯＶＤ技術において、予成形体は半径方向に成長する。この場合、回転する目標物（すなわち、石英ガラスロッド）は、全体として、一定の水平方向又は垂直方向位置に配置され、堆積バーナは、成長する予成形体の表面に沿って繰り返して作用し予成形体を半径方向に成長させる。
【０００５】
このように、適用される堆積技術と関係なく、多孔質のガラス予成形体を製造し、次に、そのガラス予成形体を圧密化して、その後に、光ファイバに引抜くことができる固体のガラス予成形体を形成する。
【０００６】
典型的に、光学予成形体は、中央部分（コア）と、外側部分（クラッディング）とを備え、コア及びクラッディングは、そのそれぞれの化学的組成が異なり、従って、異なる屈折率を有するようにする。光ファイバにおけるように、クラッディング部分は、予成形体の大部分を形成する。この予成形体は、典型的に、コアと、クラッディングの第一の部分とを備える第一の予成形体を製造し且つ、圧密化することにより製造される。次に、オーバクラッディング層を上記第一の予成形体上に堆積させ、これにより多孔質の予成形体を得て、その後、その予成形体を圧密化して最終的な予成形体にする。
【０００７】
一般に、光学予成形体を製造するための従来のバーナは、複数の同軸管から成っており、ガラス前駆体材料（すなわち、選択的に、ＧｅＣｌ_４のようなドーパント材料と共に、ＳｉＣｌ_４のようなケイ素前駆体）、燃焼気体（例えば、酸素及び水素又はメタン）、選択的に、幾つかの不活性気体（例えば、アルゴン又はヘリウム）を該同軸管を通じて供給する。典型的に、ガラス前駆体材料は、バーナの中央管を通じて供給される一方、その他の気体は、同心状に配置された管によって形成された環状の開口部を通じて供給される。
【０００８】
かかる従来のバーナの例は、例えば、米国特許第４，３４５，９２８号、米国特許第４，４６５，７０８号、米国特許第４，４７４，５９３号、米国特許第４，６６１，１４０号、米国特許第４，８１０，１８９号に開示されている。
【０００９】
互いに同心状に配置された複数の独立的な炎を発生させる「多数炎」バーナも開示されている。例えば、米国特許第４，８０１，３２２号には、ガラス前駆体材料を含む、内側炎が外側炎の後方に配置された多数炎バーナが開示されている。上記の特許に記載されたように、外側炎は、炎の長さを増し、それに伴って、合成されたガラス粒子のサイズを増大させることを許容する。
【００１０】
米国特許第４，８２６，５２０号には、ドープした光学予成形体を製造する改造した多数炎バーナが開示されており、この場合、ドーピング反応剤（ＧｅＣｌ_４）が供給されるときに通る中央管は、内側炎を形成するその他の管に対して前方に隔てられており、炎内部におけるドーピング材料の滞在時間を短くする。
【００１１】
光ファイバの需要の増大に伴い、今日、より大きい寸法の光学予成形体をより効果的で且つ、迅速な方法で製造することが必要とされている。
当該出願人が理解したように、予成形体のコア及び内側クラッディングを堆積させるバーナは、全体として、小型の寸法である一方、特に、大型の寸法の予成形体用のオーバクラッディングを堆積するために使用されるバーナは、比較的大きく、堆積される材料の量を増すのに必要なより高流量を発生させることを許容すると同時に、気体の速度を比較的遅く保つことが必要である。
【００１２】
現在、当該出願人は、特に、クラッディング又はオーバクラッディング堆積の場合（ＶＡＤ堆積技術により特定されるとき）、また、特に、大型の光学予成形体を製造するとき、目標の予成形体に強く衝突する微細なガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより、過程の堆積量を増すことができることを知った。このことは、堆積バーナの幾何学的形態を適宜に改変することにより行うことができる。特に、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けて上記流れの寸法を増すことにより、上記目標の予成形体に強く衝突する前に、上記流れの形状をその末端部分にて有利に改変することが可能であることが判明した。
【特許文献１】
米国特許第４，３４５，９２８号
【特許文献２】
米国特許第４，４６５，７０８号
【特許文献３】
米国特許第４，４７４，５９３号
【特許文献４】
米国特許第４，６６１，１４０号
【特許文献５】
米国特許第４，８１０，１８９号
【特許文献６】
米国特許第４，８０１，３２２号
【特許文献７】
米国特許第４，８２６，５２０号
【発明の概要】
【００１３】
このように、本発明の１つの面は、光学予成形体を製造する過程の堆積量を増す方法であって、
形成するガラス粒子の流れを発生させる工程と、
上記粒子の流れを成長する予成形体に向け且つ、上記粒子の流れが上記予成形体に強く衝突するようにする工程と、を備え、
上記気体粒子流れに対し長軸及び短軸を有する断面形状を粒子を付与する工程と、
断面形状の長軸が上記予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交する方向を有する上記成長する予成形体に上記粒子の流れが向けられるようにする工程を更に備える、方法に関するものである。
【００１４】
特に、本発明の１つの面は、光学予成形体を製造する方法であって、
ガラス前駆体材料の流れを堆積バーナ内に供給し且つ、上記流れに対しほぼ円形の断面を付与することと、
可燃性気体の流れ及び燃焼支援気体の流れを前記バーナ内に供給し、上記ガラス前駆体材料の流れを均一に加熱する炎を発生させ且つ、上記ガラス前駆体材料を反応させ、これにより微細なガラス粒子の流れを形成することと、
上記微細なガラス粒子の流れ及び上記炎を最初の寸法を有する目標の予成形体に向けることと、
上記ガラス粒子の流れを上記目標の予成形体に強く衝突させ、これにより上記予成形体の半径方向寸法を最終寸法まで増大させることとを備え、
目標の予成形体に強く衝突する上記流れの少なくとも末端部分の断面が長軸及び短軸を有する断面形状となるように改変され、上記長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交するようにする工程と、を備える光学予成形体を製造する方法に関するものである。
【００１５】
好ましくは、上記炎は、そのそれぞれの円形の断面部分に従ってガラス前駆体材料の流れを均一に取り囲むほぼ円形の断面を有するようにする。
好ましくは、上記方法は、上記炎の末端部分に対し長軸及び短軸を有し、該長軸が目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ直交する断面形状を付与し、ガラス粒子の流れの末端部分を均一に取り巻くようにすることを更に備えている。
【００１６】
１つの好ましい実施の形態によれば、ガラス粒子の流れを取り巻く炎の末端部分の断面の上記長軸が短軸よりも少なくとも１．２倍長い。好ましくは、上記長軸の長さは短軸の長さよりも約２．５倍短いようにする。より好ましくは、上記長軸及び短軸が約１．２５：１乃至約１．８：１の比率であるようにする。
【００１７】
好ましくは、上記長軸は、成長する予成形体の当初の直径に対し少なくとも約１：２以上、より好ましくは、少なくとも約１：２．５以上の比率であるようにする。
予成形体の上記長軸と最終直径との比率は、約１：７以下であることが好ましく、また、好ましくは、約１：６以下であるようにする。
【００１８】
本発明の別の面は、光学予成形体を製造する堆積バーナであって、
少なくとも可燃性気体及び燃焼支援気体のガラス前駆体材料の流れが通り、可燃性気体及び燃焼支援気体の上記流れがガラス前駆体材料の上記流れを取り巻く炎を発生させる複数の管路とを備え、
細長い中空の要素が上記炎及び上記ガラス前駆体材料の流れを取り巻き且つ封じ込み得るように配置され、該細長い中空要素が、
上記複数の管路に隣接する最初の部分と、該最初の部分に対し対向するように配置された末端部分とを有し、
少なくとも上記最初の部分にてほぼ円形の断面に形成され、
その末端部分にて長軸及び短軸を有する断面に形成される、堆積バーナに関するものである。
【００１９】
好ましくは、上記細長い中空要素がその長さの大部分に亙ってほぼ円形の断面に形成されるようにする。
好ましくは、上記細長い中空の要素はその末端部分にてほぼ楕円形の断面に形成されるようにする。
【００２０】
好ましくは、上記複数の管路が互いに対し同軸状に配置されるようにする。好ましくは、ガラス前駆体材料の流れが上記管路の最内側のものを通るようにする。
１つの好ましい実施の形態によれば、上記のバーナは多数炎バーナであり、該多数炎バーナは、
内側炎を発生させる少なくとも1つの内側部分であって、少なくともガラス前駆体材料、可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第一の複数の管路を備える前記少なくとも１つの内側部分と、
上記内側炎を取り巻く外側炎を発生させる第二の複数の出口を備える少なくとも１つの外側部分であって、少なくとも可燃性気体及び燃焼支援気体が流れるときに通る第二の複数の管路を備える前記少なくとも１つの外側部分とを備え、
上記細長い中空要素が上記バーナの内側部分と外側部分との間に配置されて上記内側炎を取り巻き且つ閉じ込み得るようにされる。
【好ましい実施の形態の説明】
【００２１】
本発明によって、当該出願人は、光学予成形体を製造する堆積過程において、形成するガラス粒子の流れが目標の予成形体に強く衝突する前に、該ガラス粒子の流れを適宜に再分配することにより、堆積バーナの堆積量を増すことが可能であることが分かった。
【００２２】
事実上のこととして、当該出願人は、ガラス前駆体材料の流れ及び取り巻く炎に対しほぼ円形の幾何学的形態を付与することにより、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均質に加熱することが可能であるようにすることが好ましい一方、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に向けてガラス粒子の流れの寸法を増すことにより、過程の堆積量を増すことが可能であることが分かった。
【００２３】
本発明の目的上、「目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向」という語は、予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な自由面の１つに位置する軸によって画成された方向を意味することを意図するものである。
【００２４】
図１には、その末端部分２０４にて適宜に改変されたガラス石英管２０１と、相対的な目標の予成形体２０５（正確な縮尺ではない）とを備える、本発明を具体化するバーナの長手方向概略断面図が図示されている。
【００２５】
図２は、改変された石英ガラス管２０１及び相対的な目標の予成形体の末端部分２０４の長手方向断面図を示す、図１の面ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
このバーナは、ガラス前駆体材料及び内側炎を発生させる気体が通る複数の同軸管によって形成された、内側部分２０６を備えている。ガラス前駆体材料の流れは、典型的に中央管を通り、従って内側炎によって取り巻かれている。バーナは、同様に外側炎を形成する気体が通る複数の同軸管によって形成され、これにより、上記外側炎が内側炎を取り巻くようにする外側部分２０７を更に備えている。封じ込める石英ガラス管２０８は、バーナの外側部分を取り巻き得るよう配置することができる。
【００２６】
石英ガラス管２０１は、バーナの上記内側部分と上記外側部分との間に配置されて内側炎を封じ込め且つ該内側炎を外側炎から分離させる。上記石英ガラス管は、その最初の部分２０２、すなわち同軸管と接触する部分、また、その中間部分２０３にてほぼ円形の断面を有し、反応するガラス前駆体材料を最適に且つ均質に加熱し得るようにすることが好ましい。本発明の方法を具体化するため、上記石英ガラス管２０１は、このようにその末端部分２０４に従って適宜に改変され、ガラス粒子の流れに対し及び上記管から出て且つ目標の予成形体に強く衝突する取り巻く炎に対しほぼ楕円形の断面を付与し得るようにする。図１及び図２に図示するように、上記楕円形断面は、このように長軸「Ａ」及び短軸「Ｂ」を有する。長軸及び短軸を有するその他の適宜な形態（例えば、矩形）をガラス管の出口に対し付与することができる。
【００２７】
好ましくは、ガラス管の断面の改変は、ガラス管の長さの約４／５、より好ましくは約９／１０に互って行い、ガラス前駆体材料の流れを均質に加熱し且つ反応させ、更に、ガラス粒子の均質な成長を許容するのに十分な長さであるようにする。
【００２８】
当該技術分野の当業者には、「長軸」及び「短軸」という語は、上述した石英ガラス管の内側断面又はガラス粒子の流れ（かかる改変したガラス管によって発生させることができる）を取り巻く炎の断面の何れかを意味することを意図するものであることが理解されよう。
【００２９】
当該出願人が知見したように、成長するケイ素粒子（特に、円形から楕円形の断面に成長する）流れを再分配し且つ予成形体の長手方向軸に対して適宜に方位決めする結果、バーナの堆積量が増大する。特に、当該出願人は、上記ガラス管の長軸「Ａ」が図１及び図２に概略図的に図示するように、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直となるように上記封じ込める石英ガラス管を配置することにより、バーナの堆積量を増すことが可能であることが分かった。特に、上記長軸「Ａ」は、予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な面に位置する。
【００３０】
好ましくは、石英ガラス管の改変した開口部の断面は、管の下端部分の円形断面の１つにほぼ等しい面を有し、上記管を通って流れる気体の速度が望ましくなく変化するのを回避し得るようにする。
【００３１】
バーナの堆積量を効果的に増すためには、上記の長軸と短軸との間の比率は少なくとも約１．２以上とすることが好ましい。他方、ガラス粒子の流れの幾何学的形態の過剰な改変（これは、バーナの流れ中に望ましくない乱流を生じさせる可能性がある）を回避するためには、上記比率は約２．５以下に保つことが好ましい。好ましくは、上記比率は、約１．２５乃至約１．８の範囲であるようにする。
【００３２】
更に、当該出願人は、上記長軸は成長する予成形体の当初の直径に対し比較的小さく、ケイ素粒子の過剰な分散を回避し得るようにする必要があることが分かった。好ましくは、上記長軸は、このため成長する予成形体の当初の直径に対して少なくとも約１：２以上、より好ましくは少なくとも約１：２．５以上であるようにする。他方、上記長軸は予成形体の最終直径に対して十分に大きく過程の蒸着量を効果的に増し得るようにしなければならない。
【００３３】
特に、予成形体の上記長軸と最終直径との比は、約１：７以下であることが好ましく、好ましくは約１：６以下であるようにする。
例えば、図５に図示した二重バーナオーバクラッディング堆積過程において、上方バーナ７０４は、約９０ｍｍ乃至１００ｍｍ直径の成長する予成形体にて堆積を開始し且つ予成形体の直径を約１８０ｍｍ乃至２００ｍｍまで増大させ、また、分離する石英管の断面寸法は次のようにすることができる。
【００３４】
円形部分：直径約３１ｍｍ
楕円形部分：長軸約３４ｍｍ；短軸約２４．５ｍｍ。
好ましくは、本発明の方法は大径の予成形体のオーバクラッディング堆積に使用するのに特に適しており、この場合、ガラス前駆体材料の流量は、典型的に、約８ｓｌｍ（分当たりの標準リットル）、特に、約１０ｓｍｌ以上に保たれる。
【００３５】
図５には、本発明の方法を実施する典型的なオーバクラッディング堆積過程が概略図的に図示されている。この堆積は、典型的に、予成形体のコアと、従来の技術に従って別個に製造されたクラッディング層の第一の部分とを備える、直径約２０ｍｍのガラスロッド７０１上にて開始する。目標の予成形体は、長手方向軸の周りで回転させ且つ、ゆっくりと上方に平行移動させる。下方のオーバクラッディングバーナ７０３がオーバクラッディング層７０２ａの第一の部分を例えば、約９０乃至１００ｍｍの直径にて予成形体に堆積させる。次に、上方バーナ７０４は、例えば、堆積したスートの直径を約１８０乃至２００ｍｍまで増大させて第二のオーバクラッディング層７０２ｂを堆積させることにより堆積を完了する。典型的に、上方バーナ７０４は、下方バーナに比して増大した寸法を有しており、より多量のケイ素粒子を単位時間内に堆積することを許容する。これらの寸法は、図３乃至図４に図示したバーナに関して説明した寸法にほぼ対応する。
【００３６】
次に、このようにして得られた多孔質の予成形体を加熱炉内で加熱し且つ潰れさせて直径約６０乃至８０ｍｍの最終的な予成形体にし、次に、その予成形体を従来の技術に従って光ファイバに引抜く。
【００３７】
本発明によるバーナは、予成形体のオーバクラッディング層、特に、外側オーバクラッディング部分を堆積する上記の過程にて好ましいように（すなわち、バーナとして）使用することができるが、かかるバーナは、適宜な寸法とされたとき、コア及びクラッディングの内側部分を堆積させるためにも使用することができることが理解されよう。
【００３８】
図３には、本発明の堆積方法を実施するのに適したバーナの一例の概略横断面図が図示されている。特に、この実施の形態は、オーバクラッディング堆積に特に適した二重炎バーナが図示されている。
【００３９】
図３のバーナは、７つの開口部１０１ａ乃至１０７ａを備えており、予成形体を形成する気体がこれらの開口部を通る。
開口部１０１ａ乃至１０３ａは、バーナの内側部分を画成する一方、開口部１０４ａ乃至１０７ａは、外側部分を画成する。中央開口部１０１ａは、管１０１の壁によって境が設定される一方、その他の環状開口部は、管１０１乃至１０８のそれぞれの外壁及び内壁によって境が設定されている。バーナの内側及び外側部分を画成する管の長さは、ほぼ等しく、又は、外側部分の開口部を画成する管は、図１及び図２に図示するように、好ましくは、内側部分の開口部を画成する管よりも長くすることができる。
【００４０】
管は、金属材料、特に、工作が容易で且つ耐熱／耐食性のステンレス鋼にて製造することが好ましい。適当な金属材料の例は、約０．０３％Ｃ、約１６乃至１８％Ｃｒ、約１１．５％乃至１４．５％Ｎｉ、約２％Ｍｎ、約２．５％乃至３％Ｍｏから成るステンレス鋼であるＡＩＳＩ（アメリカ鉄鋼協会）３１６Ｌである。
【００４１】
典型的に、内管１０１は、内径約６ｍｍ乃至約８ｍｍ、厚さ約０．５乃至約２ｍｍである。
次に、厚さ約０．５乃至約２．５ｍｍであることが好ましいその他の管を互いに同軸状に配置して、管の相対的直径及び開口を通る気体の流量に依存して、約１ｍｍ乃至約３．３ｍｍの幅を有する開口部１０２ａ乃至１０７ａを形成するようにする。
【００４２】
特に、開口部の各々の幅は、上記開口部を通って流れる気体の量及び種類並びに上記開口部の相対的な半径方向位置に従って選ばれる。例えば、外側クラッディング堆積用として特に設計されたバーナにおいて、不活性気体が流れるときに通る開口部は、約０．１乃至約２ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされる。このようにして、上記の環状開口部は、約１ｍｍ乃至約１．５ｍｍの幅を有することができる。反対側にて、燃焼気体が流れるときに通る開口部は、約２乃至１０ｍ／ｓの気体の出口速度が得られるような寸法とされる。このように、上記の環状開口部は、約２ｍｍ乃至約３．５ｍｍの幅を有することができる。
【００４３】
耐熱性材料で出来た分離管１０９を管１０３、１０４の間にて環状ハウジング内に配置し、該管は、図１及び図２に図示するように、バーナの内側部分の管の先端から更に特定の長さだけ伸びるようにする。上記の管は、図１乃至図２に図示した管５０１と同様に、その上方末端部分にて適宜に改変されている。
【００４４】
このように、管１０９は、内側炎をバーナの外側部分の金属構成要素から物理的に分離すると共に、内側炎をその下方部分及び中間部分内に封じ込めることの双方を許容する一方にて、ガラス粒子の流れをその改変した上方末端部分内にて再分配する。
【００４５】
同様に、耐熱性材料で出来た第二の管１１０は、また、バーナの外側部分の管の先端から更にある長さを伸びて、金属管１０８の外側に配置し、図１及び図２の管５０８と同様に、外側炎を封じ込める。
【００４６】
管１０９、１１０の耐熱性材料は、例えば、石英ガラス又はアルミナ、好ましくは、石英、特に、高純度石英にて出来たものとする。
好ましくは、分離管１０９は、ガラスの未加工材料の加水分解が生ずる反応領域を完全に取り巻くような長さに亙って伸びるようにする。
【００４７】
このように、特に、上述した寸法及び流量を有するオーバクラッディングバーナについて、当該出願人は、分離管１０９はバーナの内側部分の管の先端から少なくとも約８０ｍｍだけ伸びることが好ましいと判断した。しかし、管の長さは、約１５０ｍｍを超えないことが好ましい。好ましくは、上記の長さは、約９０乃至約１３０ｍｍの範囲とする。
【００４８】
好ましくは、外管１１０は、外側部分の管の先端から約１５０ｍｍ乃至約２２０ｍｍだけ伸びるようにする。
好ましくは、金属製の同軸管を最初に互いに組み立てて、バーナを形成し、２つの隣接する管の間に適宜な環状の隙間を残し、該隙間が分離石英管１０９を受け入れ易いようにする。このように、分離管１０９をかなり簡単な仕方にて上記環状隙間内に挿入し且つ（必要であるならば）環状隙間から除去することができる。同様に、外側ガラス管１１０は、バーナの金属管を互いに組み立てた後、外側金属管（上記のガラス管を適宜に受け入れ得るようにされた）の外面に装着し（且つ該外面から除去する）ことができる。
【００４９】
典型的に、ガラス前駆体材料は、開口部１０１ａによって画成されたバーナの中央管路を通って流れる。該ガラス前駆体材料は、高熱拡散率気体と混合させ、内側炎からガラス前駆体材料の流れに向けた熱伝導を増し得るようにすることが好ましい。
【００５０】
高熱拡散率気体は、同様にガス前駆体材料の熱拡散率に依存して、好ましくは約０．１乃至約０．４部分の混合体の全容積に対して約０．０５乃至約０．５部分の容積比率にて混合させることが好ましい（例えば、ＳｉＣｌ_４の場合、１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）にて２．８４・１０^−６ｍ^２／ｓ）。適宜な高熱拡散率気体は、例えば約２．０・１０^−４ｍ^２／ｓ（１２６．８５゜Ｃ（４００゜Ｋ）における値）まで少なくとも３．０・１０^−５ｍ^２／ｓ以上の熱拡散率を有する気体である。適宜な高熱拡散率気体の例は、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウム及び水素である。好ましくは、酸素が使用されるようにする。
【００５１】
次に、可燃性気体及び燃焼支援気体が選択的に不活性気体と共に、開口部１０２ａ乃至１０７ａによって画成されたバーナの環状管路を通って流れる。適宜な可燃性気体の例は、水素又はメタンのような炭化水素である。燃焼支援気体として通常、酸素が使用される。
【００５２】
所望であるならば、不活性気体を単独で又は上記の可燃性気体又は燃焼支援気体と混合させて環状管路を通って流れるようにすることができる。例えば、不活性気体は、可燃性気体の入口に対して専用とされた第一の環状管路と燃焼支援気体の入口に対して専用とされた第二の環状管路との間に配置された環状管路を通って流れるようにすることができる。このことは、可燃性気体及び燃焼支援気体の２つの流れを物理的に分離し、これにより炎を金属管の先端から偏位させ且つ金属管の可能な過熱を回避することを許容する。同様に、炎は可燃性気体及び燃焼支援気体の入口速度を適宜に増すことにより、金属管の先端から離れるように偏位させることができる。適宜な不活性気体の例は、アルゴン、ヘリウム、窒素である。
【００５３】
特に、図３のバーナの設計に対して、例えば、高熱拡散率気体（例えば、酸素）と混合させることが好ましいケイ素テトラクロライドのようなガラス前駆体材料を中央開口部１０１ａを通って流動させ、水素を開口部１０２ａ、酸素をバーナの内側部分の環状開口部１０３ａを通って流動させることができる。環状開口部を通る水素及び酸素の流れは、金属管の先端から十分な距離にて炎を形成するように十分に高流量に維持される。酸素は、水素に対して比較的高化学的理論余剰量に維持されることが好ましく、Ｏ_２／Ｈ_２のモル比率は、約１．８：１乃至約３：１であることが好ましい。
【００５４】
上記の酸素の余剰量は、収斂する炎を形成し且つ石英管１０９の内面に酸素境界層を形成して石英管に伝達される熱を減少させることを許容する。内側炎内の酸素の余剰量を決定するためには、バーナの外側部分から流れる水素と上記酸素との可能な反応を考慮しなければならない。上記境界層を効果的に形成するため、当該出願人は、上記に規定したようにバーナ内への酸素気体の入口速度は少なくとも３．０ｍ／ｓ以上、例えば、約１０．０ｍ／ｓとすることが好ましいことが分かった。
【００５５】
バーナの外側部分にて、アルゴンは、開口部１０４ａを通り、水素は開口部１０５ａを通り、アルゴンは開口部１０６ａを通り、水素は開口部１０７ａを通って流れる。この場合、酸素は、化学的理論比率にて又は好ましくは、水素に対して僅かに余剰な量にて流れて、Ｏ_２／Ｈ_２のモル比率が、約１：２乃至約１：１、好ましくは約１：１．９５乃至約１：１．７５の範囲となるようにする。
【００５６】
上述したように、外側部分を通って流れる水素は、バーナの内側部分から流れる酸素の余剰量と部分的に反応することもできる。
図４に図示した１つの代替的な実施の形態によれば、例えば、高熱拡散率気体、好ましくは、酸素と混合したケイ素テトラクロライドのようなガラス前駆体材料が中央開口部４０１ａを通り、アルゴンが開口部４０２ａを通り、水素が開口部４０３ａを通り、アルゴンが開口部４０４ａを通り、酸素がバーナの内側部分の開口部４０５ａを通って流れる。この場合、酸素の流れと水素の流れとの間にアルゴンの流れを介在させることは、炎を金属管の先端から離れるように偏位させることを許容する。図３に図示したバーナに関して、石英ガラス管１０９はバーナの内側部分を外側部分から分離する。図１及び図２に図示したバーナの場合と同様に、上記管１０９は、ガラス粒子の流れを適宜に再分配し得るようその上方末端部分にて改変されている。
【００５７】
上述したように、開口部４０５ａを通って流れる酸素は、水素に対して比較的多量の高化学理論的余剰量に維持されることが好ましい。バーナの外側部分にて、アルゴンは開口部４０６ａを通って流れ、水素及びアルゴンの混合体は、開口部４０７ａを通って流れ、酸素は開口部４０８ａを通って流れる。アルゴンと水素との前混合は、燃焼生成物の流れを目標のスートに向け且つ炎をバーナオリフィスから上昇させるのに役立つように使用することができる。
【００５８】
図３に図示したバーナの場合と同様に、バーナの内側部分及び外側部分を画成する管の長さをほぼ等しくし又は外側部分の開口部を画成する管は、図１及び図２に図示するように、内側部分の開口部を画成する管よりも長くすることが好ましい。
【実施例】
【００５９】
この実験のため、図４に図示する形態のバーナを使用した。図４の管４０１乃至４０９及び管路４０１ａ乃至４０８ａは、当該実施例にてそれぞれ管１乃至９、管路１ａ乃至８ａと称する。
【００６０】
管１乃至９によって形成された管路の寸法（内径、ＩＤ及び外径、ＯＤ）並びに材料の相対的な流れは、それぞれ表１及び表２に記載されている。
表１：バーナの寸法

表２：反応剤の流れ

厚さが約１．５ｍｍ及び内径約３０ｍｍの内側分離石英ガラス管１０９を管５、６の間の環状隙内に挿入した。最初の試験の場合、上記管の末端部分の断面は、改変しなかった（すなわち円形とした）。
【００６１】
厚さ約２ｍｍの外側石英ガラス管を外側金属管９の周りに更に配置した。
この実験において、バーナの外側部分を形成する管６乃至９の先端を管１乃至５の先端から約５３ｍｍ前方に隔て、バーナの内側部分を形成した。
【００６２】
内側石英分離管を外側部分の管の先端から約７０ｍｍ引き延ばし、これにより内側部分の管の先端から約１２３ｍｍの全長となるようにした。
目標の予成形体は、直径約９０ｍｍの回転石英管とし、バーナは予成形体から約９０ｍｍの距離に維持し、予成形体の長手方向軸に対し約１２゜の勾配とした。
【００６３】
予成形体は、１６８ｍｍ／時の速度にて上方に平行移動させ且つ約６０ｒ．ｐ．ｍ．にて回転させた。
予成形体が約１４０乃至１５０ｍｍの直径に達したとき、堆積を停止させた。
【００６４】
次に、上述したバーナは、図１及び図２に図示するように、楕円形の断面を分離石英管の末端部分に付与することにより改変した。断面は、管の流体通路面積を実質的に変更しない状態を保つことにより、管の端部から約１０ｍｍにて円形から楕円形に変更した。管の出口における内側楕円形断面の長軸は、約３４ｍｍとする一方、短軸は約２４．６ｍｍとした。
【００６５】
このように、上記バーナはその前の試験と同様に配置（すなわち、予成形体から同一の距離及び予成形体に対して同一の傾斜角度）とし、石英管の楕円形の断面の長軸は、上記予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な方向に配置し、すなわち、目標の予成形体の長手方向軸に対しほぼ垂直な面にあるようにした。過程の条件は上述したようなものにした。
【００６６】
（円形断面のバーナにて得られた値に対して）正規化した堆積速度を約１．０８とすることができた。
比較実験として、上記のバーナはそれ自体の長手方向軸に対し９０゜回転させ、長軸及び短軸の相対的位置を変化させ得るようにした。この場合、堆積速度は約である。
【００６７】
上記の結果により示すように、目標の予成形体に強く衝突する前に、ガラス粒子の流れを適宜に再分配するため、本発明の方法を適用することにより、堆積過程の堆積量増すことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明によるバーナの１つの好ましい実施の形態の長手方向断面図である。
【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明の方法を具体化する堆積バーナの横断面概略図である。
【図４】本発明の方法を具体化する代替的なバーナの横断面概略図である。
【図５】本発明によるオーバクラッディング堆積過程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１乃至１０７管
１０８金属管
１０９分離管、分離石英管
１１０第二の管、外管、外側ガラス管
１０１ａ乃至１０７ａ開口部
２０１石英ガラス管
２０２最初の部分
２０３中間部分
２０４予成形体の末端部分
２０５予成形体
２０６内側部分
２０７外側部分
２０８石英ガラス管
５０８管
７０２ａオーバクラッディング層
７０２ｂ第二のオーバクラッディング層
７０３オーバクラッディングバーナ
７０４上方バーナFIELD OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber preform used for manufacturing an optical glass fiber. In particular, the present invention relates to a method of increasing the amount of deposition in the process by appropriately redistributing the flow of glass particles before the glass particles strongly impact the target preform.
[Background Art]
[0002]
Glass fibers for optical communication are manufactured from high-purity silicon-based glass fibers drawn from glass preforms manufactured according to various glass deposition techniques.
Some of these deposition techniques, including Vapor Acoustic Deposition (VAD) and Outer Vapor Deposition (OVD), are based on flame combustion, where the reactants (ie, the refractive index of the glass, GeCl ₄ Optionally together with a dopant material, such as ₄ A silicon precursor (e.g., such as) is supplied through a deposition burner, along with a combustion gas, which directs a high temperature stream of fine glass particles to form to a rotating target growing preform.
[0003]
In VAD deposition techniques, the preform grows axially. Thus, the deposition burner is typically maintained in a substantially fixed position, while the rotating preform slowly moves upward (or downward) relative to the burner, causing the preform to grow axially. Alternatively, the rotating preform may be maintained in a substantially constant position, while the deposition burner is slowly moved downward (or upward) relative to the preform.
[0004]
Unlike the VAD technique, in the OVD technique, the preform grows radially. In this case, the rotating target (ie, the quartz glass rod) is generally located at a fixed horizontal or vertical position, and the deposition burner acts repeatedly along the surface of the growing preform. The compact is grown in the radial direction.
[0005]
Thus, irrespective of the applied deposition technique, a porous glass preform is manufactured, which is then compacted and subsequently solid-state which can be drawn into an optical fiber. Form a glass preform.
[0006]
Typically, the optical preform comprises a central portion (core) and an outer portion (cladding), wherein the core and the cladding differ in their respective chemical compositions and thus have different refractive indices. To As in an optical fiber, the cladding portion forms the majority of the preform. The preform is typically manufactured by making and compacting a first preform comprising a core and a first portion of the cladding. Next, an overcladding layer is deposited on the first preform, thereby obtaining a porous preform, and then compacting the preform into a final preform. .
[0007]
In general, conventional burners for producing optical preforms consist of a plurality of coaxial tubes and a glass precursor material (ie, selectively, GeCl ₄ Together with a dopant material such as ₄ , A combustion gas (eg, oxygen and hydrogen or methane), and optionally some inert gas (eg, argon or helium) is fed through the coaxial tube. Typically, the glass precursor material is supplied through a central tube of the burner, while other gases are supplied through an annular opening formed by concentrically arranged tubes.
[0008]
Examples of such conventional burners include, for example, U.S. Patent Nos. 4,345,928, 4,465,708, 4,474,593, 4,661,140, It is disclosed in U.S. Pat. No. 4,810,189.
[0009]
Also disclosed is a "multiple flame" burner that produces a plurality of independent flames concentrically arranged with one another. For example, U.S. Pat. No. 4,801,322 discloses a multi-flame burner comprising a glass precursor material, wherein the inner flame is positioned behind the outer flame. As described in the above-mentioned patents, the outer flame increases the length of the flame and concomitantly increases the size of the synthesized glass particles.
[0010]
U.S. Pat. No. 4,826,520 discloses a modified multi-flame burner for producing doped optical preforms, in which case a doping reactant (GeCl2) is used. ₄ The central tube through which is fed is spaced forward with respect to the other tubes forming the inner flame, reducing the residence time of the doping material inside the flame.
[0011]
With the increasing demand for optical fibers, there is today a need to produce larger sized optical preforms in a more efficient and faster manner.
As the Applicant has appreciated, the burners for depositing the core and inner cladding of the preform are generally of small size, while depositing the overcladding, especially for large size preforms. The burners used are relatively large and need to keep the velocity of the gas relatively slow, while at the same time allowing to generate the higher flow rates needed to increase the amount of material deposited. .
[0012]
At the present time, the Applicant has found that the target preform is particularly suitable for cladding or overcladding deposition (as specified by VAD deposition techniques) and especially when manufacturing large optical preforms. It has been found that by appropriately redistributing the flow of fine glass particles that collide strongly, the amount of deposition in the process can be increased. This can be done by appropriately modifying the geometry of the deposition burner. In particular, by increasing the size of the flow in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform, the shape of the flow can be reduced to its end portion before it impacts strongly on the target preform. It has been found that it is possible to advantageously modify the above.
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 4,345,928
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 4,465,708
[Patent Document 3]
U.S. Pat. No. 4,474,593
[Patent Document 4]
US Patent No. 4,661,140
[Patent Document 5]
U.S. Pat. No. 4,810,189
[Patent Document 6]
U.S. Pat. No. 4,801,322
[Patent Document 7]
U.S. Pat. No. 4,826,520
Summary of the Invention
[0013]
Thus, one aspect of the present invention is a method for increasing the amount of deposition in the process of manufacturing an optical preform,
Generating a flow of glass particles to form;
Directing the flow of particles toward the growing preform and causing the flow of particles to strongly collide with the preform.
A step of providing particles having a cross-sectional shape having a long axis and a short axis with respect to the gas particle flow,
The method further comprises the step of directing the flow of the particles to the growing preform, the major axis of the cross-sectional shape having a direction substantially orthogonal to the longitudinal axis of the preform.
[0014]
In particular, one aspect of the present invention is a method of making an optical preform,
Feeding a stream of glass precursor material into a deposition burner and providing the stream with a substantially circular cross section;
A flow of a combustible gas and a flow of a combustion assisting gas are supplied into the burner to generate a flame for uniformly heating the flow of the glass precursor material, and to react the glass precursor material, thereby forming a fine Forming a stream of glass particles;
Directing the stream of fine glass particles and the flame to a target preform having an initial dimension;
Causing the flow of glass particles to impact strongly against the target preform, thereby increasing the radial dimension of the preform to a final dimension,
The cross section of at least the end portion of the flow that strongly collides with the target preform is modified to have a cross-sectional shape having a major axis and a minor axis, and the major axis is substantially aligned with the longitudinal axis of the target preform. And a step of making them orthogonal to each other.
[0015]
Preferably, the flame has a substantially circular cross-section uniformly surrounding the flow of the glass precursor material according to its respective circular cross-section.
Preferably, the method has a major axis and a minor axis relative to the end portion of the flame, the major axis providing a cross-sectional shape substantially orthogonal to the longitudinal axis of the target preform, and The method further comprises uniformly surrounding a terminal portion of the stream.
[0016]
According to one preferred embodiment, the major axis of the cross section of the end portion of the flame surrounding the flow of glass particles is at least 1.2 times longer than the minor axis. Preferably, the length of the major axis is about 2.5 times shorter than the length of the minor axis. More preferably, the major and minor axes are in a ratio of about 1.25: 1 to about 1.8: 1.
[0017]
Preferably, the major axis is in a ratio of at least about 1: 2 or more, more preferably at least about 1: 2.5 or more, to the initial diameter of the growing preform.
The ratio of the major axis to the final diameter of the preform is preferably about 1: 7 or less, and preferably about 1: 6 or less.
[0018]
Another aspect of the invention is a deposition burner for producing an optical preform,
A plurality of conduits through which at least a flow of the glass precursor material of the combustible gas and the combustion support gas passes, and wherein the flow of the combustible gas and the combustion support gas generates a flame surrounding the flow of the glass precursor material;
An elongated hollow element is arranged to surround and enclose the flow of the flame and the glass precursor material, the elongated hollow element comprising:
A first portion adjacent to the plurality of conduits, and a distal portion disposed opposite to the first portion;
At least the first part is formed in a substantially circular cross section,
The present invention relates to a deposition burner formed in a cross section having a major axis and a minor axis at a terminal portion thereof.
[0019]
Preferably, the elongate hollow element is formed with a substantially circular cross-section over most of its length.
Preferably, the elongate hollow element is formed with a substantially oval cross section at its distal end.
[0020]
Preferably, the plurality of conduits are arranged coaxially with respect to each other. Preferably, the flow of the glass precursor material is through the innermost of the conduits.
According to one preferred embodiment, said burner is a multi-flame burner, said multi-flame burner comprising:
At least one inner portion for generating an inner flame, said at least one inner portion comprising a first plurality of conduits through which at least a glass precursor material, a combustible gas and a combustion support gas flow;
At least one outer portion comprising a second plurality of outlets for generating an outer flame surrounding the inner flame, the at least one outer portion comprising a second plurality of conduits through which at least a combustible gas and a combustion supporting gas flow. At least one outer portion;
The elongated hollow element is disposed between the inner and outer portions of the burner so as to surround and enclose the inner flame.
[Description of preferred embodiments]
[0021]
According to the present invention, the Applicant appropriately redistributes the flow of glass particles during the deposition process of manufacturing the optical preform before the flow of glass particles to form strongly impacts the target preform. As a result, it was found that it was possible to increase the deposition amount of the deposition burner.
[0022]
In effect, the Applicant has determined that optimally and homogeneously heating the reacting glass precursor material by imparting a substantially circular geometry to the flow and surrounding flame of the glass precursor material. It is possible to increase the deposition volume of the process by increasing the size of the flow of glass particles in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform, It turned out that.
[0023]
For the purposes of the present invention, the term "direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform" is defined by an axis located on one of the free surfaces substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preform. It is intended to mean the direction made.
[0024]
FIG. 1 shows a burner embodying the invention comprising a glass quartz tube 201 suitably modified at its distal end 204 and a relative target preform 205 (not to scale). A schematic longitudinal section is shown.
[0025]
FIG. 2 is a cross-sectional view along the plane II-II of FIG. 1, showing a longitudinal cross-sectional view of the modified quartz glass tube 201 and the distal end portion 204 of the relative target preform.
The burner includes an inner portion 206 formed by a plurality of coaxial tubes through which a glass precursor material and an inner flame generating gas pass. The flow of the glass precursor material typically passes through the central tube and is therefore surrounded by the inner flame. The burner further comprises an outer portion 207 formed by a plurality of coaxial tubes through which the gas forming the outer flame passes, thereby allowing said outer flame to surround the inner flame. A contained quartz glass tube 208 may be positioned to surround the outer portion of the burner.
[0026]
A quartz glass tube 201 is disposed between the inner and outer portions of the burner to contain the inner flame and separate the inner flame from the outer flame. The quartz glass tube has a substantially circular cross-section at its first portion 202, the portion in contact with the coaxial tube, and at its intermediate portion 203 to optimally and uniformly heat the reacting glass precursor material. It is preferable to obtain it. In order to embody the method of the present invention, the quartz glass tube 201 is thus suitably modified according to its end portion 204 to resist the flow of glass particles and out of the tube and to the target preform. A substantially elliptical cross section can be imparted to the impinging surrounding flame. As shown in FIGS. 1 and 2, the elliptical cross-section thus has a major axis "A" and a minor axis "B". Other suitable forms (eg, rectangular) having a long axis and a short axis can be provided to the exit of the glass tube.
[0027]
Preferably, the modification of the cross-section of the glass tube takes place about 4/5, more preferably about 9/10, of the length of the glass tube, so that the stream of glass precursor material is uniformly heated and reacted. Further, it should be long enough to allow for uniform growth of the glass particles.
[0028]
For those skilled in the art, the terms "major axis" and "minor axis" refer to the inner cross-section or flow of glass particles (which can be generated by such modified glass tubes) of the quartz glass tube described above. It will be understood that it is intended to mean any of the cross sections of the flame.
[0029]
As the applicant has found, the flow of growing silicon particles (especially growing from circular to elliptical cross-sections) is redistributed and properly oriented with respect to the longitudinal axis of the preform, resulting in burners. Increases in the amount of carbon. In particular, Applicants have noted that the major axis "A" of the glass tube is substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform, as schematically illustrated in FIGS. It was found that the amount of burner deposited could be increased by arranging the quartz glass tube to be contained. In particular, said major axis "A" lies in a plane substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preform.
[0030]
Preferably, the cross section of the modified opening of the quartz glass tube has a surface approximately equal to one of the circular cross sections of the lower end portion of the tube to avoid undesired changes in the velocity of the gas flowing through said tube. To be able to do it.
[0031]
In order to effectively increase the deposition amount of the burner, the ratio between the major axis and the minor axis is preferably at least about 1.2 or more. On the other hand, in order to avoid over-modification of the glass particle flow geometry, which can cause undesirable turbulence in the burner flow, the ratio is about 2.5 It is preferable to keep the following. Preferably, the ratio ranges from about 1.25 to about 1.8.
[0032]
In addition, Applicants have found that the major axis needs to be relatively small with respect to the original diameter of the growing preform, so that excessive dispersion of silicon particles can be avoided. Preferably, the major axis is at least about 1: 2 or more, and more preferably at least about 1: 2.5 or more, relative to the initial diameter of the growing preform. On the other hand, the major axis must be sufficiently large relative to the final diameter of the preform to effectively increase the deposition rate of the process.
[0033]
In particular, the ratio of the major axis to the final diameter of the preform is preferably about 1: 7 or less, preferably about 1: 6 or less.
For example, in the dual burner overcladding deposition process illustrated in FIG. 5, the upper burner 704 begins deposition on a growing preform of about 90-100 mm diameter and reduces the diameter of the preform to about 180-200 mm. And the cross-sectional dimensions of the quartz tube to be separated can be as follows:
[0034]
Circular part: diameter about 31mm
Oval part: major axis about 34 mm; minor axis about 24.5 mm.
Preferably, the method of the present invention is particularly suitable for use in overcladding deposition of large diameter preforms, where the flow rate of the glass precursor material is typically about 8 slm (minutes per minute). Standard liters), especially about 10 sml or more.
[0035]
FIG. 5 schematically illustrates a typical overcladding deposition process for performing the method of the present invention. This deposition typically starts on a glass rod 701 having a diameter of about 20 mm, comprising a core of the preform and a first part of a cladding layer manufactured separately according to the prior art. The target preform is rotated about its longitudinal axis and translated slowly upward. A lower overcladding burner 703 deposits a first portion of the overcladding layer 702a on the preform, for example, with a diameter of about 90-100 mm. Next, upper burner 704 completes the deposition, for example, by increasing the diameter of the deposited soot to about 180-200 mm to deposit second overcladding layer 702b. Typically, the upper burner 704 has increased dimensions as compared to the lower burner, allowing more silicon particles to be deposited in a unit of time. These dimensions correspond approximately to the dimensions described for the burner shown in FIGS.
[0036]
Next, the porous preform thus obtained is heated in a heating furnace and crushed to obtain a final preform having a diameter of about 60 to 80 mm. To an optical fiber in accordance with the technique.
[0037]
The burner according to the invention can be used as desired (ie as a burner) in the above-described process of depositing the overcladding layer of the preform, in particular the outer overcladding portion, but such a burner is It will be appreciated that when appropriately sized, it can also be used to deposit the core and the inner portion of the cladding.
[0038]
FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of one example of a burner suitable for carrying out the deposition method of the present invention. In particular, this embodiment illustrates a dual flame burner that is particularly suited for overcladding deposition.
[0039]
The burner of FIG. 3 has seven openings 101a to 107a, through which the gas forming the preform passes.
Openings 101a-103a define the inner portion of the burner, while openings 104a-107a define the outer portion. The central opening 101a is bounded by the wall of the tube 101, while the other annular openings are bounded by the outer and inner walls of each of the tubes 101-108. The lengths of the tubes defining the inner and outer portions of the burner are approximately equal, or the tubes defining the openings of the outer portions are preferably of the inner portion as shown in FIGS. It can be longer than the tube that defines the opening.
[0040]
The tube is preferably made of a metal material, especially stainless steel which is easy to machine and which is heat and corrosion resistant. Examples of suitable metallic materials include about 0.03% C, about 16-18% Cr, about 11.5% -14.5% Ni, about 2% Mn, about 2.5% -3% Mo. AISI (American Iron and Steel Institute) 316L which is stainless steel.
[0041]
Typically, the inner tube 101 has an inner diameter of about 6 mm to about 8 mm and a thickness of about 0.5 to about 2 mm.
Next, other tubes, preferably about 0.5 to about 2.5 mm thick, are coaxially arranged with each other, depending on the relative diameter of the tubes and the flow rate of gas through the opening, about 1 mm. The openings 102a to 107a having a width of about 3.3 mm to about 3.3 mm are formed.
[0042]
In particular, the width of each of the openings is chosen according to the amount and type of gas flowing through the openings and the relative radial position of the openings. For example, in burners specifically designed for outer cladding deposition, the openings through which the inert gas flows are dimensioned to provide a gas exit velocity of about 0.1 to about 2 m / s. . In this way, the annular opening can have a width of about 1 mm to about 1.5 mm. On the opposite side, the openings through which the combustion gases flow are dimensioned to provide a gas exit velocity of about 2 to 10 m / s. As such, the annular opening may have a width of about 2 mm to about 3.5 mm.
[0043]
A separation tube 109 made of a refractory material is arranged in the annular housing between the tubes 103, 104, which further extends from the end of the tube in the inner part of the burner, as shown in FIGS. Stretch only a certain length. The tube is suitably modified at its upper end, similar to tube 501 shown in FIGS.
[0044]
In this way, the tube 109 physically separates the inner flame from the metal components of the outer portion of the burner, while allowing both the inner flame to be contained in its lower and middle portions, while the glass The particle stream is redistributed within the modified upper end portion.
[0045]
Similarly, a second tube 110 made of a refractory material may also be disposed outside the metal tube 108, extending a further length from the tube tip in the outer portion of the burner, as shown in FIGS. Like tube 508, it encloses the outer flame.
[0046]
The heat-resistant material of the tubes 109 and 110 is, for example, made of quartz glass or alumina, preferably quartz, especially high-purity quartz.
Preferably, the separation tube 109 extends over a length such that it completely surrounds the reaction zone where hydrolysis of the raw glass material occurs.
[0047]
Thus, especially for overcladding burners having the dimensions and flow rates described above, Applicants have determined that the separation tube 109 preferably extends at least about 80 mm from the end of the tube in the inner portion of the burner. However, it is preferred that the length of the tube not exceed about 150 mm. Preferably, the length ranges from about 90 to about 130 mm.
[0048]
Preferably, the outer tube 110 extends from about 150 mm to about 220 mm from the end of the outer portion tube.
Preferably, the metal coaxial tubes are first assembled together to form a burner, leaving a suitable annular gap between two adjacent tubes so that the gap is easier to receive the separated quartz tube 109. In this way, the separation tube 109 can be inserted into the annular gap and removed (if necessary) from the annular gap in a fairly simple manner. Similarly, the outer glass tube 110 is attached to (and removed from) the outer surface of the outer metal tube (made suitable for receiving the above glass tube) after the burner metal tubes have been assembled together. be able to.
[0049]
Typically, the glass precursor material flows through the central line of the burner defined by the opening 101a. Preferably, the glass precursor material is mixed with a high thermal diffusivity gas to increase heat transfer from the inner flame to the flow of the glass precursor material.
[0050]
The high thermal diffusivity gas is preferably from about 0.05 to about 0.5 to about 0.1 to about 0.4 parts total volume of the mixture, also depending on the thermal diffusivity of the gas precursor material. It is preferable to mix at a volume ratio of 5 parts (for example, SiCl ₄ 2.84 · 10 at 126.85 ° C (400 ° K) ^-6 m ² / S). Suitable high thermal diffusivity gas is, for example, about 2.0 · 10 ^-4 m ² / S (value at 126.85 ° C. (400 ° K.)) at least 3.0 · 10 ^-5 m ² / S which has a thermal diffusivity of not less than / s. Examples of suitable high thermal diffusivity gases are oxygen, nitrogen, argon, helium and hydrogen. Preferably, oxygen is used.
[0051]
Next, the combustible gas and the combustion support gas, optionally with an inert gas, flow through the annular conduit of the burner defined by the openings 102a-107a. Examples of suitable flammable gases are hydrogen or hydrocarbons such as methane. Oxygen is usually used as a combustion support gas.
[0052]
If desired, an inert gas can be used alone or mixed with the flammable gas or combustion support gas described above to flow through the annular line. For example, the inert gas is located between a first annular line dedicated to the inlet of the combustible gas and a second annular line dedicated to the inlet of the combustion support gas. Can flow through a round annular conduit. This physically separates the two streams of the combustible gas and the combustion support gas, thereby allowing the flame to deviate from the tip of the metal tube and avoid possible overheating of the metal tube. Similarly, the flame can be deflected away from the tip of the metal tube by appropriately increasing the inlet speeds of the combustible gas and the combustion support gas. Examples of suitable inert gases are argon, helium, nitrogen.
[0053]
In particular, for the burner design of FIG. 3, a glass precursor material such as, for example, silicon tetrachloride, preferably mixed with a high thermal diffusivity gas (eg, oxygen), is flowed through the central opening 101a; Hydrogen can flow through the opening 102a and oxygen can flow through the annular opening 103a in the inner portion of the burner. The flow of hydrogen and oxygen through the annular opening is maintained at a sufficiently high flow rate to form a flame at a sufficient distance from the tip of the metal tube. Oxygen is preferably maintained at a relatively high stoichiometric excess relative to hydrogen, ₂ / H ₂ Is preferably about 1.8: 1 to about 3: 1.
[0054]
The excess amount of oxygen forms a converging flame and allows an oxygen boundary layer to form on the inner surface of the quartz tube 109 to reduce heat transfer to the quartz tube. In order to determine the surplus of oxygen in the inner flame, the possible reaction between the hydrogen flowing from the outer part of the burner and said oxygen must be taken into account. To effectively form the boundary layer, the Applicant has determined that the oxygen gas inlet velocity into the burner is at least 3.0 m / s or more, for example about 10.0 m / s, as defined above. Was found to be preferable.
[0055]
At the outer portion of the burner, argon flows through opening 104a, hydrogen flows through opening 105a, argon flows through opening 106a, and hydrogen flows through opening 107a. In this case, the oxygen flows in a stoichiometric ratio or, preferably, in a slight excess with respect to hydrogen, ₂ / H ₂ Is in the range of about 1: 2 to about 1: 1, preferably about 1: 1.95 to about 1: 1.75.
[0056]
As mentioned above, the hydrogen flowing through the outer part may also partially react with the surplus of oxygen flowing from the inner part of the burner.
According to one alternative embodiment illustrated in FIG. 4, a glass precursor material such as, for example, silicon tetrachloride mixed with a high thermal diffusivity gas, preferably oxygen, is passed through the central opening 401a and the Flows through opening 402a, hydrogen flows through opening 403a, argon flows through opening 404a, and oxygen flows through opening 405a inside the burner. In this case, interposing an argon flow between the oxygen flow and the hydrogen flow allows the flame to be deflected away from the tip of the metal tube. 3, the quartz glass tube 109 separates the inner portion of the burner from the outer portion. As in the case of the burner shown in FIGS. 1 and 2, the tube 109 has been modified at its upper end so that the flow of glass particles can be redistributed as appropriate.
[0057]
As described above, the oxygen flowing through the opening 405a is preferably maintained at a relatively high stoichiometric excess relative to hydrogen. At the outer portion of the burner, argon flows through opening 406a, a mixture of hydrogen and argon flows through opening 407a, and oxygen flows through opening 408a. Pre-mixing of argon and hydrogen can be used to direct the flow of combustion products to the target soot and to help raise the flame from the burner orifice.
[0058]
As in the case of the burner shown in FIG. 3, the tubes defining the inner and outer parts of the burner are approximately equal in length or the tubes defining the opening of the outer part are shown in FIGS. As shown, it is preferably longer than the tube defining the opening in the inner part.
【Example】
[0059]
For this experiment, a burner of the form shown in FIG. 4 was used. The pipes 401 to 409 and the pipes 401a to 408a in FIG. 4 are respectively referred to as pipes 1 to 9 and pipes 1a to 8a in this embodiment.
[0060]
The dimensions (inner diameter, ID and outer diameter, OD) of the conduits formed by the tubes 1 to 9 and the relative flows of the materials are listed in Tables 1 and 2, respectively.
Table 1: Burner dimensions

Table 2: Flow of reactants

An inner separated quartz glass tube 109 having a thickness of about 1.5 mm and an inner diameter of about 30 mm was inserted into the annular gap between the tubes 5 and 6. For the first test, the cross section of the distal portion of the tube was unmodified (ie, circular).
[0061]
An outer quartz glass tube having a thickness of about 2 mm was further arranged around the outer metal tube 9.
In this experiment, the inner part of the burner was formed by separating the tips of the tubes 6 to 9 forming the outer part of the burner approximately 53 mm forward from the tips of the tubes 1 to 5.
[0062]
The inner quartz separation tube was extended about 70 mm from the tip of the outer part tube, so that it had a total length of about 123 mm from the tip of the inner part tube.
The target preform was a rotating quartz tube having a diameter of about 90 mm, the burner was maintained at a distance of about 90 mm from the preform, and had a slope of about 12 ° to the longitudinal axis of the preform.
[0063]
The preform was translated upward at a speed of 168 mm / hour and about 60 r.p.m. p. m. Rotated at
Deposition was stopped when the preform reached a diameter of about 140-150 mm.
[0064]
Next, the burner described above was modified by providing an elliptical cross-section at the end of the separated quartz tube, as shown in FIGS. The cross section was changed from circular to elliptical at about 10 mm from the end of the tube, while keeping the fluid passage area of the tube substantially unchanged. The major axis of the inner elliptical cross section at the outlet of the tube was about 34 mm, while the minor axis was about 24.6 mm.
[0065]
Thus, the burner is arranged as in the previous test (ie, at the same distance from the preform and at the same angle of inclination with respect to the preform), and the major axis of the oval cross section of the quartz tube is The preform was arranged in a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preform, that is, in a plane substantially perpendicular to the longitudinal axis of the target preform. The process conditions were as described above.
[0066]
The normalized deposition rate (relative to the value obtained with a circular cross-section burner) could be about 1.08.
As a comparative experiment, the burner was rotated 90 ° about its own longitudinal axis so that the relative positions of the major and minor axes could be changed. In this case, the deposition rate is about
[0067]
As shown by the above results, by applying the method of the present invention to appropriately redistribute the flow of glass particles before strongly impacting the target preform, it is possible to increase the amount of deposition in the deposition process. It is possible.
[Brief description of the drawings]
[0068]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of one preferred embodiment of a burner according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a deposition burner embodying the method of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an alternative burner embodying the method of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an overcladding deposition process according to the present invention.
[Explanation of symbols]
[0069]
101 to 107 tubes
108 metal tube
109 Separation tube, separation quartz tube
110 second tube, outer tube, outer glass tube
101a to 107a opening
201 quartz glass tube
202 First part
203 middle part
204 Terminal part of preform
205 preform
206 inner part
207 outer part
208 quartz glass tube
508 tubes
702a Overcladding layer
702b Second overcladding layer
703 overcladding burner
704 Upper burner

Claims

Generating a flow that forms glass particles;
Directing the stream of particles toward a growing preform and causing the stream of particles to strongly impinge on the preform. In the method,
A step of providing a cross-sectional shape having a major axis and a minor axis to the flow of the gas particles,
Directing the flow of particles toward the growing preform such that the major axis of the cross-sectional shape has a direction substantially perpendicular to the longitudinal axis of the preform. How to increase the amount of deposition in the process.

Feeding a flow of glass precursor material into a deposition burner and providing the flow with a substantially circular cross-section;
A flow of a combustible gas and a flow of a combustion assisting gas are supplied into the burner to generate a flame that uniformly heats the flow of the glass precursor material and to react the glass precursor material, thereby forming a fine glass. Forming a stream of particles;
Directing the stream of fine glass particles and the flame to a target preform having an initial diameter;
Strongly impacting the stream of glass particles against the target preform, thereby increasing the radial dimension of the preform to a final diameter.
The cross-section of at least the end portion of the stream that strongly impacts the target preform is modified into a cross-sectional shape having a major axis and a minor axis, the major axis being substantially orthogonal to the longitudinal axis of the target preform. A method for producing an optical preform.

3. The method according to claim 2, wherein
A method wherein the flame has a substantially circular cross-section uniformly surrounding the flow of the glass precursor material corresponding to its respective circular cross-section.

3. The method according to claim 2, wherein
A portion of the flame is given a cross-sectional shape having a major axis and a minor axis, the major axis being substantially orthogonal to the longitudinal axis of the target preform, to uniformly equalize the corresponding altered portion of the glass particle flow. The method further comprising: surrounding.

The method of claim 4, wherein
A method wherein the major axis of the cross section of the portion of the flame surrounding the modified portion of the flow of glass particles is at least 1.2 times longer than the minor axis.

The method of claim 4, wherein
The method wherein the length of the major axis is no more than about 2.5 times the length of the minor axis.

The method of claim 4, wherein
The method wherein the major axis and the minor axis are in a ratio ranging from about 1.25: 1 to about 1.8: 1.

The method of claim 4, wherein
The method wherein the major axis is in a ratio of at least about 1: 2 or greater to an initial diameter of the growing preform.

The method of claim 4, wherein
The method wherein the major axis is in a ratio of at least about 1: 2.5 or greater to an initial diameter of the growing preform.

The method of claim 4, wherein
A method wherein the ratio between the major axis of the preform and the final diameter is preferably about 1: 7 or less, preferably about 1: 6 or less.

In a deposition burner for producing an optical preform,
A plurality of conduits through which at least one stream of a glass precursor material, a combustible gas and a combustion assisting gas passes;
The flow of the combustible gas and the combustion support gas generates a flame surrounding the flow of the glass precursor material;
An elongated hollow element arranged to surround and contain the flow of the flame and the glass precursor material;
Said elongated hollow element,
A first portion adjacent to the plurality of conduits, and a distal portion opposing the first portion;
Formed to have a substantially circular cross section at least within the first portion;
A deposition burner for producing an optical preform having a cross section having a major axis and a minor axis at a terminal portion thereof.

The burner according to claim 11,
A burner, wherein said elongated hollow element is formed in a substantially circular cross section over a majority of its length.

The burner according to claim 11,
A burner, wherein said elongated hollow element is formed in a generally oval cross section at a distal portion thereof.

The burner according to claim 11,
A burner comprising: a central conduit; and a plurality of coaxial conduits disposed about the central conduit.

The burner according to claim 14,
A burner, wherein a stream of glass precursor material flows through the central tube.

The burner according to claim 11,
It is a multi-flame burner,
The burner is
At least one inner portion for generating an inner flame, the at least one inner portion having a first plurality of conduits through which at least a glass precursor material, a combustible gas and a combustion assisting gas flow;
At least an outer portion having a second plurality of outlets for generating an outer flame surrounding the inner flame, the at least outer portion having at least a second plurality of conduits through which the combustible gas and the combustion support gas flow Parts and
The burner, wherein the elongated hollow element is disposed between an inner portion and an outer portion of the burner so as to surround the inner flame and contain the inner flame.